高等代数 2- 期末复习

第五章 线性空间

求向量在不同基下的坐标表示

中,求向量 在基 下的坐标,其中

解:对矩阵 做初等行变换:

在基 下的坐标为 (5,2,-8,3).

求子空间的补空间


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线性变换

  • :从 的全体线性映射所成集
  • 上全体线性变换所成集。


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设数域 F 上 n 阶方阵 A 与 B 在 F 中相似,则 (1)A 与 B 相抵且同秩; (2)A 与 B 特征多项式相同,特征值相同,且每一个特征值的代数重数也相同 (3)A 与 B 的行列式与迹也相同. (4)A 与 B 每个特征值的几何重数相同.

(2) 设 A ,则: A 在某组基下的矩阵为对角阵 A 在 中有 n 个线性无关的特征向量

求解变换的核空间和像空间


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矩阵和线性变换的特征值和特征向量

矩阵一般默认的基为单位基,而线性变换则不是,所以需要带上原始的基作为记号


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复合矩阵的特征多项式计算


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判断是否能相似对角化


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Jordan 标准形

初等变换不改变 矩阵的各阶行列式因子.可将矩阵先化为相抵标准形 再计算其各阶行列式因子。


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求可逆矩阵使其变为 Jordan 标准形

欧式空间


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QR 分解


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正交化:原向量:,正交向量:。正交化; 等于 减去其在 上的投影向量。


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欧式空间

正交变换:保持内积的线性变换

  • ,则称 为第一类正交变换
  • ,则称 为第二类正交变换
  • 正交变换在标准正交基下的行列式与基的选取无关

正交矩阵:实方阵 满足 (等价于 是正交矩阵,则

,特别地 可逆; (2) 正交;

正交投影

实对称矩阵

(1) 的特征值都是实数.

(2) 互异特征值的特征向量必然彼此正交.

(3) 存在 阶正交矩阵 使得 为对角阵.

对称变换:满足 反对称变换

对称变换对应一种对称矩阵 实对称矩阵不同特征值的特征向量彼此正交 正交对角化步骤


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求正交矩阵使其完成向量的变换


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得到两个向量夹角中间的向量 ,然后再 得到与 垂直的向量 ,最后做一个翻转变换得到 关于 的对称变换 ,将 变换到

都是 的子空间,则 是直和 两两正交 是直和

维子空间,令

的子空间.

是直和

求正交补空间的一组标准向量基


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先扩充,将里面的向量都变成标准向量基,然后将另外的两个单位化


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求正交投影


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实对称矩阵的正交对角化


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二次型


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相似:存在可逆矩阵 使得 具有相同的特征多项式,从而特征值也相同 合同:存在可逆矩阵 使得 两同阶矩阵相似,则两矩阵必合同 若矩阵 合同,则 ,两者具有相同的正、负特征值个数。


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标准形:只含平方项


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矩阵变换求合同矩阵


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复二次型的规范形:形如 的二次型。

正交替换化实二次型为标准形


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正定矩阵判定 正定; 正定; 标准形中平方项系数均为正; 的正惯性指数为 与单位阵合同; (6) 存在可逆矩阵 使得 的特征值均大于 0;


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度量矩阵正定 正定矩阵恰为欧氏空间在某组基下的度量矩阵.

负定二次型的判断


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非退化线性函数: 设 上的双线性函数, 则如下条件彼此等价: (1) 非退化; (2) 在某组基下的度量矩阵可逆; (3) 在任一组基下的度量矩阵可逆; (4) 诱导出的右线性映射是线性同构;

正交线性替换化标准形


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